反渗透技术在俄罗斯净化饮用水中的应用-张寿恺

·施工、材料与设备·反渗透技术在俄罗斯净化饮用水中的应用张寿恺提要论述了应用反渗透方法净化饮用水的必要性和可能性。介绍了俄罗斯应用反渗透净化饮用水工艺的两个特点:1.反渗透装置前不设预处理;2.净化后的水质符合卫生要求。关键词饮用水反渗透俄罗斯随着经济的发展,人们生活水平的提高,对饮用水的要求愈来愈高,需要设计和采用新的、先进的净水工艺。到目前为止,解决这一问题的方法是在传统的净水构筑设备上增加臭氧和活性炭吸附设备,使得净水工艺大为复杂,大大地增加了投资,而且水质提高也不多。一种观点认为,地下水受到人类活动的影响较小,可以用地下水源代替地表水源(甚至用于大城市),但是大部分的地下水硬度和含铁量较高,与传统的净水方法(凝聚-沉淀-过滤)相比,净化上述水源的水更为复杂和昂贵。随着技术的发展人们发现,对于供水量不大的给水站,原水为地表水、地下水,甚至是海水时,应用膜净化方法可以解决这个问题。到目前为止,已经应用和试验过的膜方法是电渗析和反渗透,但是反渗透具有更大的适应性和发展前途,因为它不仅可以除去盐类和存在于离子状态的其他物质,还可以除去悬浮物和有机物质、胶体、细菌和病毒。在净化工艺工况遭到破坏时,在保持需要净化效果的同时,仅仅是降低了装置的出水量。过去,反渗透被认为是在经济指标方面不能与其他传统净化方法———凝聚加沉淀、曝气、吸附等方法相竞争的,大部分专家认为是一种特殊的、昂贵的方法,仅限用于医药、电子和食品等工业,这是因为这种方法单位能耗较高(7.5～10kW/m3出水),膜元件和泵设备投资高,预处理系统复杂庞大。近年来,膜和膜工艺不断在完善,现在许多国家已设计出和正在制造各种型式的高压和低压复合膜,可用于净化各种领域的原水。在选择净化有毒物质污染较严重的地表水和含铁量较高的地下硬水方案时,对于小型和中型处理量的水站(50～1000m3/d),应用反渗透认为是较好的,因为它们紧凑和简单,同时可以保证有较高的出水水质。传统的水消毒方法是利用氯的氧化物,但是近年来受到很多的批评和限制,因为它会形成有毒的三氯甲烷,同时对某些病毒消毒效果不好。反渗透净化除了可以从水中除去有毒有机和无机污染外,还能保证完全消毒,在投资和运转费用方面越来越可以与传统的方式竞争,更不用说那些需要高质量水的专门领域。这是因为在降低工作压力(0.7～1.6MPa)的同时增加了膜的单位出水量,因而降低了电耗,降低了压力外壳、水泵设备、水力集水系统和配水系统的成本。近年来,反渗透方法净化饮用水在俄罗斯也取得了广泛的应用,俄罗斯除了从美国和德国进口反渗透设备外,自己也有生产这种设备的工厂。俄罗斯给水、排水、水工结构和工程水文地质科学研究院经过多年的研究设计制造的小型和中型出水量的反渗透装置能够实现工作自动化,而且不需要消耗大量的药剂,维护人员少,可以应用于日常生活条件下。俄罗斯在应用反渗透方法净化饮用水方面具有两个重要的特点。1反渗透装置前不设预处理一般认为,水中的混合物会使膜污染,如悬浮物和胶体物、铁(氧化铁和亚铁)、细菌污染、不易溶解物的沉淀(硫酸钙和碳酸钙)、有机污染(腐殖酸和富里酸),清除它们需要使装置的流程更为复杂,由于预净化的部件较多,不可能建造方便的和可靠的适用于日常条件下的自动化系统。俄罗斯科学院通过研究从理论上和试验研究中找出了在膜上各种沉淀物结垢的规律性,找出了在工作过程中对膜的特性影响最坏的物质。给水排水Vol.25No.2199959DOI:10.13789/j.cnki.wwe1964.1999.02.022从形成和去除沉淀物强度的观点看,结晶的碳酸钙对膜是最危险的,要去除这些沉淀,最实际和容易实现的方法是在原水中加入1～3mg/L的阻垢剂,可以降低沉淀物的形成强度90%～95%。为了消除形成的数量不多的沉积碳酸钙,可以周期地对膜进行清洗,清洗是用有机酸和表面活性剂进行的,对清洗溶液有效性进行了评价,在合适的运转工况下,能保证完全去除沉淀物和保持膜的指标在满意水平,得出了可以建立不需要专门维护和预处理的自动化净水装置的结论。曾作过地表水源不经预处理的中间试验,试验中应用了周期清洗。试验表明,经过再生后膜的工作指标,由于去除了大量的沉淀物(碳酸钙、悬浮物和胶体物),实际上已恢复到原来水平。俄罗斯科学院对卷式膜的反渗透装置进行了许多研究和工业性试验。证明了处理含有悬浮物10～15mg/L和色度30～40度的地下水、地表水,以及海水和自来水的深度净化可以对原水不进行预处理,在加入1～3mg/L阻垢剂的情况下,能连续工作1000～3000h。对含有悬浮物5～10mg/L的地表水进行研究的结果,连续运转的清洗周期为500～1000h,若不加清洗继续工作,压力损失将增加0.4～0.5MPa,从而使产水量降低。曾经进行过应用标准的卷式膜元件(直径100m